Hőmérő forrásának megtekintése

[[Fájl:Thermometer.png|right|thumb|70px|°F vs °C]]
A '''hőmérő''' a [[hőmérséklet]] mértékének jelzésére alkalmas eszköz, adott mérési tartományon belül, valamely hőmérsékleti skála beosztása alapján.
Fontos, hogy a hőmérő hőkapacitása (vagyis hőtároló képessége) a mérendő közeg hőkapacitásához képest elhanyagolható legyen, különben a hőmérő meghamisítja a mérést, ha a hő egy része a hőmérő melegítésére vagy hűtésére fordítódik. A hőmérő hőérzékelő anyagának tömege általában jóval kisebb a mérendő test tömegénél, tehát ez a hibaforrás többnyire nem áll fenn.
A hőmérsékleti egyensúly beállása, azaz amíg a hőmérő felveszi a mérendő test hőmérsékletét, a hőtehetetlenség miatt több-kevesebb időt igényel. A hőmérőt csak ez után a beállási idő után szabad leolvasni (ez például higanyos hőmérőknél 3-10 perc volt). A hőmérséklet-kiegyenlítődés exponenciális folyamat, vagyis a kijelzés eleinte gyorsabban, majd lassabban változik.
== Kontakthőmérők ==
[[Fájl:Digitális kijelzésű lázmérő.jpg|bélyegkép|350px|jobbra|Digitális kijelzésű lázmérő]]
A kontakthőmérők mindig a saját hőmérsékletüket mérik. Ha elhanyagolhatóan kicsi a [[hőkapacitás]]uk a mérendő rendszeréhez képest, akkor jó közelítéssel annak hőmérsékletét jelzik.
=== Termoszkóp ===
Termoszkópnak nevezünk minden olyan eszközt, amellyel testek hőmérsékletének változását tudjuk demonstrálni anélkül, hogy a változás nagyságát numerikusan mérnénk. [[Galileo Galilei|Galilei]] foglalkozott először a hőmérő gondolatával, sikerült is a meleg levegő tágulását jelző termoszkópot készítenie.
=== Folyadékhőmérők ===
Egy zárt edényben hőre táguló folyadék szűk csőben való viszonylagos gyors kiterjedése a hőmérséklet jelzésének alapja. A leggyakrabban használt hőmérőfolyadék a [[higany]] és az alkohol.
A [[higany]]os hőmérők −30&nbsp;°C és 300&nbsp;°C között használhatók. −100&nbsp;°C-ig [[Etanol|alkohollal]], −200&nbsp;°C-ig pentánnal töltött hőmérők alkalmasak, maximálisan kb. 750&nbsp;°C mérési maximum érhető el ezekkel. A higany ilyen felhasználását ma már törvénnyel tiltják a világ több országában, elsősorban az [[Európai Unió]] tagországaiban<ref>[http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:72007L0051:HU:NOT A 76/769/EGK tanácsi irányelvnek a bizonyos higanytartalmú mérőeszközök forgalomba hozatalát érintő korlátozások tekintetében történő módosításáról szóló 2007/51/EK irányelv nemzeti végrehajtási intézkedései]{{Halott link|url=http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:72007L0051:HU:NOT |date=2022-05 }}</ref> és az [[Amerikai Egyesült Államok|Egyesült Államok]]ban.
==== Higanyos lázmérő ====
A hagyományos lázmérő olyan higanytöltésű hőmérő, amelynél a kapillárison lévő szűkület megakadályozza a higany tágulás utáni visszaáramlását. Így tartósan jelzi a mért maximumot. Erős rázással tudjuk a higanyt a tartályba visszajuttatni.
A [[higany]] mérgező tulajdonsága miatt ma már nem gyártanak higanyos lázmérőt.
==== Beckmann-hőmérő ====
A [[Beckmann-hőmérő]] kb. 50&nbsp;cm hosszú precíziós hőmérő, 0,01 °C-os osztású skálázata – kb. 30&nbsp;cm – pedig mindössze 5-6 °C-ot ölel fel. A Beckmann-hőmérő abban különbözik a hagyományos higanyos hőmérőtől, hogy a kapilláris felső vége egy U alakú csövecskébe torkollik, amelyben tartalékhigany található. E tartalékhigany teszi lehetővé, hogy – bár skálázatán csak 5-6 °C hőmérséklet-különbség észlelhető – ennyi különbség elvben a [[higany]] [[olvadáspont]]ja (−38 °C) és [[forráspont]]ja (356 °C) között bármely hőmérsékletnél mérhető.
=== Folyadékkristályos hőmérők ===
Az ún. koleszterikus folyadékkristályok színe változik a hőmérséklettől függően. Melegítésre az anyagok színe a teljes látható színtartományban, a [[vörös]]től az ibolyáig változhat.
A mérési tartománya 1-2&nbsp;°C-tól kb. 20&nbsp;°C-ig terjed, pontossága néhány tized fok.
=== Hőérzékeny festékek ===
Bizonyos anyagok színe hőmérsékletváltozás hatására ismert módon változik. Ilyen például az erősen mérgező ezüst-higany-jodid vagy a réz-higany-jodid. Pontos mérésekre nem alkalmas, de nagy felületen is alkalmazható jelzőeszköz, például gépek hőmérsékleti szempontból kritikus területeit jelezheti.
=== Gázhőmérők ===
Akár az állandó térfogatú [[gáz]] nyomásának, akár az állandó nyomású gáz térfogatának változása alkalmas a hőmérséklet mérésére. Körülményessége miatt a gázhőmérők többnyire csak laboratóriumokban használatosak, igen alacsony hőmérsékleteken, a [[termodinamika]]i hőmérsékleti skála megvalósításában azonban fontos szerepet játszanak.
A [[hélium]]os gázhőmérőkkel például egészen −270&nbsp;°C-ig mérhetünk.
=== Fémhőmérők ===
==== Fémrudas hőmérők ====
Más néven lineáris hőmérő, egy fém lineáris [[hőtágulás]]át használja fel. A mérőrudat közel zérus hőtágulású anyagból (invar) készítik, és maga a tartó nyúlása okozza az észlelhető különbséget. Nagy erő kifejtésére képes.
==== Bimetál hőmérők ====
Különböző hőtágulású, összehegesztett fémszalagok meggörbülését használják ki.
==== Termoelem ====
[[Fájl:ThomasSeebeck.jpg|bélyegkép|150px|jobbra|Thomas Johann '''Seebeck''' (1770–1831)]]
{{fő|Elektromos hőmérsékletmérés}}
Két különböző, megfelelő anyagú fémszál egyik végükön való összehegesztésével kapott hőmérő. Az érintkezési pontjuk hőmérsékletével (melegpont) arányosan 10-50 μV/K feszültség mérhető a különálló végek között (hidegpontok).
Előnye, hogy – megfelelő fémpárt választva – különösen nagy intervallumban, −200 és 1700&nbsp;°C közötti tartományban is lehet mérésre használni.
A [[termoelem]] – vagy más elnevezéssel „hőelem” – működésének elméleti alapját a fém-fém érintkezési felületen kialakuló ún. kontaktegyensúly és a [[Seebeck-effektus]] adja. Ha két különböző fémrudat, fémszálat (M és Me) érintkezésbe hozunk, a két fém szabad végei között elektromos potenciálkülönbség alakul ki, amit kontaktpotenciálnak nevezünk (1. ábra).
[[Fájl:A kontaktpotenciál értelmezése fém-fém között.gif|bélyegkép|520px|balra|1. ábra: A kontaktpotenciál értelmezése fém-fém között]]
A kontaktpotenciál kialakulását úgy értelmezzük, hogy a két érintkező fémben az [[elektron]]ok energiaállapota eltér egymástól. Ezen túlmenően a fémekben különbözhet a szabad [[Kémiai kötés|vegyértékelektronok]] száma, vagyis az elektronkoncentráció is. Mivel a közös fázishatár csak az elektronok számára átjárható, az összeérintés pillanatától kezdődően abból a fémből, amelyben nagyobb az elektronok energiaszintje, időegység alatt több elektron jut át a fázishatáron, mint amennyi fordított irányban áramlik, azaz viszonylag rövid idő alatt az elektronok megoszlásában beáll az egyensúlyi állapot.
[[Fájl:A Seebeck-effektus értelmezése.gif|bélyegkép|450px|jobbra|2. ábra: A Seebeck-effektus értelmezése]]
Mivel az egyensúly beállása közben az egyik fémből a másikba meghatározott mennyiségű elektron lép át, a két fém végei között elektromos [[potenciálkülönbség]] alakul ki. Ezt a potenciálkülönbséget nevezzük érintkezési-, vagy kontaktpotenciálnak ('''''E''<sub>Me/M</sub>''').
A kontaktpotenciál értéke hőmérsékletfüggő, ami azzal magyarázható, hogy a fémekben az elektronok energiája függ a hőmérséklettől, de az egyes fémeknél a hőmérsékletfüggés eltérő. Ha egy fémes vezető két vége között '''Δ''T'' ''' a hőmérséklet-különbség, akkor a vezetőben elektronáram jön létre a nagyobb hőmérsékletű hely felől a kisebb felé mindaddig, amíg a vezető hossza mentén a hőmérséklet-eloszlásnak megfelelő egyensúly nem áll be. Ez a jelenség a Seebeck-effektus. A 2. ábra egy vezetőben a hőmérsékletet és az elektronok koncentrációját szemlélteti a vezető hossza mentén. Az M vezető két vége között az ún. abszolút Seebeck-koefficienssel ('''''s''<sub>M</sub>''') arányos elektromos potenciálkülönbség ('''Δ''φ''<sub>M</sub>''') lép fel.
[[Fájl:A termofeszültség értelmezése.gif|bélyegkép|500px|jobbra|3. ábra: A termofeszültség értelmezése]]
Az egyik végén összeérintett M és Me fémpár (termoelem) esetén mindkét fém hideg és meleg vége között fellép a hőmérséklet-különbséggel arányos elektromos potenciálkülönbség:
'''Δ''φ''<sub>M</sub> = ''s''<sub>M</sub>Δ''T'' illetve Δ''φ''<sub>Me</sub> = ''s''<sub>Me</sub>Δ''T'' .'''
A termoelem (3. ábra) két szabad vége (a hidegpontok) között pedig a hideg és a közös végek (melegpont) közötti '''Δ''T''''' hőmérséklet-különbséggel arányos elektromos potenciálkülönbség különbsége, azaz termofeszültség ('''''E''<sub>Me/M</sub>''') keletkezik, vagyis
'''Δ''φ''<sub>Me</sub> – Δ''φ''<sub>M</sub> = ''(s''<sub>Me</sub> -''s''<sub>M</sub>)Δ''T'''''
'''Δ''φ'' = ''s''Δ''T'''''
'''''E''<sub>Me/M</sub> = ''s''<sub>Me/M</sub>/Δ''T'''''
A kifejezésben '''''s''<sub>Me/M</sub>''' a Seebeck-koefficiens, ami egy adott fémpár (termoelem) esetében a kontaktpotenciál (termofeszültség) változását adja meg 1 K hőmérséklet-különbség hatására.
=== Ellenálláshőmérők ===
Fémek és félvezetők [[elektromos ellenállás]]a függ a hőmérséklettől. Mivel az elektromos ellenállást, illetve ennek változásait igen pontosan lehet mérni, az ellenállásmérést hőmérsékletmérésre használhatjuk fel.
A [[félvezető]] ellenállások, más néven termisztorok két csoportba oszthatók: ''negatív'' hőmérsékleti együtthatójú ellenállások (NTK-ellenállások), illetve ''pozitív'' hőmérsékleti együtthatójú ellenállások (PTK-ellenállások).
=== Galilei-hőmérő ===
[[Fájl:Galilei homero.jpg|bélyegkép|80px|jobbra|Galilei-elvű szobahőmérő]]
Ha egy folyadék hőmérséklete megváltozik, a folyadékban úszó tárgyak relatív sűrűsége is megváltozik, így vagy lesüllyednek, vagy felúsznak a közeg tetejére, mert érvényesül [[Arkhimédész]] törvénye.
A mérőeszköznek nagy a hőtehetetlensége, és több úszóval kb. fokonkénti hőmérsékletváltozás jelezhető, szűk tartományban. A hőmérsékletet a színes golyókon függő plombákról lehet leolvasni. A golyók súlykülönbsége mindössze kb. 2×10<sup>−5</sup> [[Newton (mértékegység)|newton]]. Ez biztosítja a kb. 1&nbsp;°C-nyi felbontást. A golyók lesüllyednek, ha a hőmérséklet növekszik és felemelkednek, ha a hőmérséklet csökken. A folyadék sűrűsége ugyanis csökken, ha nő a hőmérséklet – az úszó testek tömege és térfogata gyakorlatilag állandó – a kiszorított folyadék súlya tehát kisebb lesz, így a felhajtóerő csökken. Az aktuális hőmérséklet a felső részen úszó legalsó golyón függő plombáról olvasható le.
== Távhőmérők ==
=== Pirométerek ===
A pirométerekkel a magas hőmérsékletű testek sugárzását mérik, ilyenkor a hőmérő nem érintkezik a mérendő testtel.
A hőenergiával rendelkező testek hőmérsékleti sugárzást bocsátanak ki, amelynek hullámhossza főleg az infravörös, a látható vagy ultraibolya tartományba esik (0,8…15&nbsp;µm). A mérési módszerek a [[fekete test]]ek hőmérsékleti sugárzására vonatkozó törvényeken alapulnak (ezeket [[Max Planck|Planck]], Stefan, [[Ludwig Boltzmann|Boltzmann]] és Wien dolgoztak ki). Az ipari körülmények között speciális esetekben alkalmazzák, például izzó olvadékok hőmérsékletének mérésénél, pontatlansága, zavarérzékenysége miatt.
Száz éve a mérőeszközök és/vagy gázok hőtágulásának mértékét mechanikusan rögzítették, így tudtak következtetni a legmagasabb hőfokra [http://www.mek.iif.hu/porta/szint/egyeb/lexikon/pallas/html/082/pc008238.html]
=== Infravörös hőmérő ===
Egy irányérzékeny elektronikus szenzor a rá ható [[infravörös]] sugárzástól függően változó feszültséget bocsát ki. −30 – +400&nbsp;°C tartományban tud mérni, a szobahőmérséklet közelében több mint 2&nbsp;°C-os pontatlansággal. Vannak sokkal nagyobb mérési tartományban mérők is, pl. −50 - +1600&nbsp;°C között.
=== Infravörös kamera ===
A vizsgált területről hőtérkép készítésére alkalmas elektronikus eszköz. A felület hőmérsékletétől függő „hamis színezéssel” jeleníti meg egy képernyőn a vizsgált területet. Jellemző felhasználási területe egy gépi berendezésen a „forró pontok” kimutatása, illetve épületeknél a hőveszteség helyének felfedése. Élettani vizsgálatoknál is lehet szerepe.
== Jegyzetek ==
{{jegyzetek}}
== További információk ==
{{commonskat|Thermometer}}
* [https://web.archive.org/web/20041221213516/http://metal.elte.hu/~phexp/tart/tt_hot.htm]
* [https://web.archive.org/web/20040816120033/http://www.sulinet.hu/eletestudomany/archiv/1999/9913/diakoldal/hidegfizka/hidegfiz.htm Dr. Bánkuti László: Hidegfizika, a hőmérséklet mérése], [[Élet és Tudomány]], 1999
* [https://web.archive.org/web/20041129005927/http://www.energia.bme.hu/docs/notes/kalor/Hot_lab_okt_seged_anyanyag_1_3.pdf Hőtechnikai laboratórium oktatási segédanyag, BME]
* [http://www.vegyelgep.bme.hu/segedanyag/foiskola/kornyezetmeresek.pdf Környezetmérések]{{Halott link|url=http://www.vegyelgep.bme.hu/segedanyag/foiskola/kornyezetmeresek.pdf |date=2019-02 }}
* [https://web.archive.org/web/20161105222548/http://homero.uhh.hu/ Hőmérő lapgyűjtemény]
{{LaborFelszerelés}}
{{Nemzetközi katalógusok}}
[[Kategória:Termodinamika]]
[[Kategória:Meteorológiai műszerek]]